Коллекторные микродвигатели переменного тока

В настоящее время в схемах бытовой техники и автоматики применяются в основном однофазные коллекторные микродвигатели переменного тока с последовательным возбуждением. Эти двигатели по своему устройству мало отличаются от ДПТ с последовательным возбуждением обычного типа. Отличие заключается в том, что они имеют не литые, а шихтованные из листовой электротехнической стали не только якорь, но и станину, и полюсы. Это необходимо для уменьшения потерь на вихревые токи от переменного во времени магнитного потока. Обмотка возбуждения коллекторного двигателя переменного тока часто делится на две части ОВ, включаемые с разных сторон якоря (рис. 12.44). Такое симметричное расположение обмоток позволяет снизить радиопомехи.

Рассмотрим работу коллекторного электродвигателя переменного тока.

В рассматриваемом режиме ток якоря i_H и магнитный поток Ф изменяются по синусоидальному закону:

где у — угол, обусловленный из-за активными потерями мощности в стали.

Мгновенное значение электромагнитного момента.

где К_м — коэффициент намагничивания.

График изменения тока i_H, магнитного потока Ф и электромагнитного момента т показаны на рис. 12.45, а. Из уравнения (12.91) и рис. 12.45, а следует, что момент двигателя можно представить в виде постоянной составляющей.

и переменной, составляющей, которая изменяется с двойной частотой,.

Электромагнитный момент двигателя т является знакопеременным и в отдельные промежутки времени отрицательным (тормозным) (рис. 12.45).

Однако якорь двигателя вращается с равномерной частотой, так как он имеет достаточно большой момент инерции.

Рис. 12.44. Схема включения коллекторного двигателя переменного тока.

Среднее значение момента.

где К; =0,5^2К_М cosy — коэффициент.

Векторная диаграмма однофазного коллекторного двигателя переменного тока (рис. 12.45, б) строится на основании уравнения.

где и — суммы активных и реактивных сопротивлений в цепи обмотки якоря.

Электродвижущая сила, индуцируемая в обмотке якоря,.

Из уравнений (12.93) и (12.94) можно получить зависимость частоты вращения от тока якоря (электромеханическую характеристику двигателя):

Рис. 12.45. Характеристики коллекторного двигателя переменного тока:

а — временная диаграмма 1_Я, Ф, т; б — векторная диаграмма при работе на переменном токе На основании уравнений (12.93) и (12.94) получаем уравнение механической характеристики двигателя:

Механическая характеристика коллекторного двигателя переменного тока представлена на рис. 12.46 и имеет вид гиперболы (кривая 1). Там же для сравнения представлена механическая характеристика коллекторного двигателя постоянного тока (кривая 2).

Как следует из рис. 12.46, при питании коллекторного двигателя постоянным током характеристика располагается выше, чем при питании переменным током. Это обусловлено тем, что у коллекторного двигателя переменного тока в уравнении (12.96) для механической характеристики имеется дополнительный член M_cp(j^x), а у коллекторного двигателя постоянного тока он равен нулю. По своим рабочим характеристикам однофазный коллекторный двигатель переменного тока идентичен аналогичному двигателю постоянного тока.

Однако он имеет несколько худшие энергетические показатели, что объясняется увеличенными потерями в стали за счет потерь в станине и полюсах.

Большим недостатком коллекторных двигателей переменного тока является плохая их коммутация — значительное искрение под щетками. Причина этого заключается в том, что в коммутируемой секции (секции, замкнутой щетками накоротко) кроме реактивной ЭДС и ЭДС вращения наводится еще ЭДС трансформации. Эта ЭДС возникает вследствие пульсации потока полюсов, с осью которых совпадает ось коммутируемой секции, являющейся как бы замкнутой накоротко вторичной обмоткой трансформатора, первичной обмоткой которого является обмотка возбуждения.

Положительными свойствами коллекторных двигателей переменного тока, способствующими их широкому распространению в схемах автоматики являются: возможность получения при промышленной частоте 50 Гц практически любых частот вращения; возможность простого, плавного, широкого и экономичного регулирования частоты вращения. Эти двигатели особенно широко применяются там, где при промышленной частоте требуется получить высокие частоты вращения от 3000 до 20 000 об/мин, чего невозможно добиться с помощью синхронных и асинхронных двигателей.

Рис. 12.46. Механические характеристики коллекторного двигателя переменного (1), постоянного тока (2) и универсального (З)УКД:

со" = со/со_н, М* = М/М_н